[發明專利]一種確定針狀焦制備過程液相聚合反應時間的方法

有效

• 申請號: 201510798110.1
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105372280B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 趙亮富;張偉;王磊;王桂云;武行潔
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

一種確定針狀焦制備過程液相聚合反應時間的方法是將經過預處理的原料放入一直徑40mm?60mm，高為120mm?200mm的反應器中，將反應器密閉，充氮氣，并通過定壓閥將反應器內部壓力保持在0.2?2MPa；加熱反應器，并以控溫儀控制反應器加熱套溫度為450℃?550℃，在該溫度下，測定反應器內反應物料的溫度曲線，自動記錄于電腦軟件中；觀察反應器內反應物料的溫度變化，當物料溫度開始升高時，即為液相聚合反應時間。發明具有準確性高的優點。

技術領域

本發明屬于煉焦化工技術，具體涉及一種針狀焦制備過程中確定液相聚合反應時間的方法。

背景技術

針狀焦是二十世紀七十年代炭素材料中大力發展的一個優質炭種，它具有明顯的針狀結構、纖維紋理、低熱膨脹系數、低孔隙度、低硫、低灰份、低金屬含量、高導電率及易石墨化等一系列優點，是生產超高功率電極、特種碳素材料及其復合材料等高端炭素制品的原料。在冶金工業中，用于生產電爐煉鋼用高功率、超高功率石墨電極，可提高冶煉效率和鋼產量，降低電耗和原材料消耗；在原子反應堆中用作高能中子減速材料，也用于火箭技術中。我國每年都進口大量的針狀焦，且隨著國內電爐煉鋼工業的發展和電極生產技術的進步，針狀焦需求量逐年增加。由煤瀝青開發煤系針狀焦可以有效補充我國的需要，但其開發難度極大，現在世界上只有美國和日本等少數國家能生產，國內對此技術也研究開發了多年，并有部分廠家進行了生產，但大都工藝技術不夠先進，生成的產品質量不穩定，不能滿足國內的需求。

針狀焦的制備過程主要包括原料的預處理和延遲焦化兩步工藝，延遲焦化工藝則包括溫度、壓力、循環比和成焦時間等工藝條件，特別是成焦時間的確定，對優化針狀焦的性能參數具有重要影響。成焦時間短，則中間相瀝青發育不完全，氣流拉焦過程中無法得到高取向度的產品。成焦時間長，則中間相瀝青發生固化，無法進行氣流拉焦操作。所以如何確定合適的拉焦時間成為針狀焦制備過程中必須考慮的一個問題。

申請人太原理工大學的發明專利，申請號200910074122.4，其發明涉及一種檢測針狀焦中間相形成的方法，先通過在線檢測制備針狀焦的液相炭化過程中壓力變化的數值，其次根據氣體狀態方程將壓力值換算為反應產生氣體的體積或質量，最后根據氣體產生速率與時間的關系曲線，確定中間相的形成。這種方法無法直接通過壓力儀表判斷針狀焦的液相炭化過程，需要大量的取點計算，并且在專利所述的液相碳化過程中，反應器處于密閉狀態，而實際的針狀焦制備工藝在液相炭化階段采用恒壓操作，這樣會導致實驗結果與實際值之間存在一定的偏差。

發明內容：

本發明的目的是提供一種準確性高的確定針狀焦制備過程液相聚合反應時間的方法。

針狀焦的制備過程屬于自由基熱聚合反應，具有慢引發、快增長的特點，反應后期，物料粘度急劇增大，如果不能合理控制反應進程，就得不到針狀焦。本發明是將一定量的反應物料裝入反應器中并保持一定壓力，將反應器加熱套的溫度升到一定值并保持不變，物料的反應過程包含熱解過程和熱聚合過程，且物料的溫度主要由兩個因素決定。一個是反應器加熱套傳給物料的熱量，會導致物料溫度升高；另一個是物料在熱解反應過程中產生的裂解氣，裂解氣從反應器中溢出，會帶走熱量，導致物料溫度降低。反應開始時，由于自由基熱聚合反應的引發較慢，物料溫度會升的比較高，隨著溫度的提高，反應速率加快，反應過程中產生的氣體溢出增多，帶走大量的熱量，導致物料溫度降低。隨著溫度的降低，反應速率又會降低，最后達到平衡，物料溫度保持穩定。反應后期，物料粘度明顯增大，反應減緩，氣體溢出物減少，物料溫度開始升高。這時就可以終止液相聚合反應，進行減壓拉焦。本發明在于通過檢測液相聚合反應過程中的物料的溫度曲線，根據溫度曲線的變化確定液相聚合反應的狀態，最終確定液相聚合反應的終止時間。

本發明采用的技術方案包括如下步驟：：

(1)將經過預處理的原料放入一直徑40mm-60mm，高為120mm-200mm的反應器中，將反應器密閉，充氮氣，并通過定壓閥將反應器內部壓力保持在0.2-2MPa；